(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接線が曲線状となる部分において基準位置ＴＣＰ及び基準位置ＴＣＰでない他方の位置（アーク狙い位置Ｐｎ又はレーザ照射位置Ｐｓ）の両方が、溶接線上からずれることなく正確に移動することができるレーザ照射アーク溶接用加工ヘッドの移動制御方法を提供する。【解決手段】基準位置ＴＣＰであるレーザの照射位置ｐｓが常に溶接線Ｌｗ上を移動するように加工ヘッドを移動させながら、かつ、アークの狙い位置Ｐｎが溶接線Ｌｗ上の位置又は溶接線Ｌｗと略直交する線上の溶接線Ｌｗから所定距離だけ離れた位置になるように前記加工ヘッドの角度θを刻々と変化させる。【選択図】図１
2005177796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク上の先行位置にレーザを照射し後行位置にアークを発生させる１つの加工ヘッドをロボットのアームに取り付け、前記レーザの照射位置を基準位置としてこの基準位置が予め教示された曲線状の溶接線に沿うように前記加工ヘッドを移動させて溶接するレーザ照射アーク溶接用加工ヘッドの移動制御方法において、
前記基準位置である前記レーザの照射位置が常に溶接線上を移動するように前記加工ヘッドを移動させながら、かつ、前記アークの狙い位置が溶接線上の位置又は溶接線と略直交する線上の溶接線から所定距離だけ離れた位置になるように前記加工ヘッドの角度を刻々と変化させることを特徴とするレーザ照射アーク溶接用加工ヘッドの移動制御方法。
【請求項２】
ワーク上の先行位置にレーザを照射し後行位置にアークを発生させる１つの加工ヘッドをロボットのアームに取り付け、前記アークの狙い位置を基準位置としてこの基準位置が予め教示された曲線状の溶接線に沿うように前記加工ヘッドを移動させて溶接するレーザ照射アーク溶接用加工ヘッドの移動制御方法において、
前記基準位置である前記アークの狙い位置が常に溶接線上を移動するように前記加工ヘッドを移動させながら、かつ、前記レーザの照射位置が溶接線上の位置又は溶接線と略直交する線上の溶接線から所定距離だけ離れた位置になるように前記加工ヘッドの角度を刻々と変化させることを特徴とするレーザ照射アーク溶接用加工ヘッドの移動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ照射アーク溶接用加工ヘッドを溶接線に沿って移動させるための加工ヘッドの移動制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は、レーザ照射アーク溶接装置の構成図である。加工ヘッド５は、レーザ２を照射するためのレーザトーチ６と、アーク４を発生させるための溶接トーチ８とが一体化して形成されている。電極３は、消耗電極式アーク溶接法のときは消耗電極（溶接ワイヤ）となり、非消耗電極式アーク溶接法のときは非消耗電極（タングステン電極）となる。レーザ２がワーク１に照射される位置がレーザ照射位置Ｐｓとなり、電極３の延長線がワーク１と交差する位置がアーク狙い位置Ｐｎとなる。溶接方向に対してレーザ照射位置Ｐｓが先行し、アーク狙い位置Ｐｎが後行する。加工ヘッド５は溶接用ロボット１０の手首アームに取り付けられて、ロボット１０のアームの移動によって加工ヘッド５も移動する。レーザ発振器７からはレーザ２が出力される。レーザ２の種類としては、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ等を使用する。溶接電源９からはアーク４を発生させるための電力が供給される。ロボット制御装置１１は、加工ヘッド５が予め教示された溶接線に沿うようにロボット１０の動作を制御する。
【０００３】
ロボット１０にはツールとなる加工ヘッド５の先端に基準位置（ツール・センタ・ポイント＝ＴＣＰ）を設定し、この基準位置ＴＣＰが溶接線上を沿うようにロボット１０は動作制御される。上記のレーザ照射位置Ｐｓ又はアーク狙い位置Ｐｎのどちらかを基準位置ＴＣＰとして設定するのが一般的である。
【０００４】
図１０は、加工ヘッド５の移動制御方法を示す図である。２つのワーク１ａ、１ｂによって重ね継手、突き合せ継手等の溶接継手Ｌｔを形成する。溶接すべき個所の軌跡が溶接線Ｌｗとなる。溶接継手部Ｌｔと溶接線Ｌｗとが一致する場合と、同図に示すように溶接継手部Ｌｔの左右方向に所定距離だけスライドした位置を溶接線Ｌｗとする場合がある。溶接線Ｌｗは、溶接継手の種類、板厚、溶接法、溶接速度等の溶接条件に応じて最適位置に設定される。
【０００５】
同図は、溶接継手Ｌｔを上側から見た図である。加工ヘッド５から予め定めたレーザ照射位置Ｐｓにレーザが照射され、そこから予め定めた電極間距離Ｄ［mm］だけ後行のアーク狙い位置Ｐｎにアークが形成される。この電極間距離Ｄが適正値になるように加工ヘッド５は設計される。レーザ照射位置Ｐｓを基準位置ＴＣＰとして設定した場合、この基準位置ＴＣＰが溶接線Ｌｗ上を沿うように加工ヘッド５はロボットによって移動制御される。同図のように溶接線Ｌｗが直線であるときには、基準位置ＴＣＰが溶接線Ｌｗ上を移動するとレーザ照射位置Ｐｓは当然であるがアーク狙い位置Ｐｎも溶接線Ｌｗ上を移動することになる。
【０００６】
図１１は、以下の説明で使用する加工ヘッド５の角度θについての定義を示す図である。同図はレーザ照射位置Ｐｓが基準位置ＴＣＰである場合である。同図（Ｂ）に示すように、加工ヘッドの角度θ°は、Ｐｓを中心として加工ヘッド５を回転させときのＰｓとＰｎとを結ぶ中心線の角度θとして定義される。したがって、同図（Ａ）はθ＝０°となり、同図（Ｂ）はθ＝２２５°となる。
【０００７】
図１２は、従来技術において、溶接線Ｌｗが曲線状であるときの加工ヘッドの移動制御方法を示す図である。基準位置ＴＣＰであるレーザ照射位置Ｐｓが溶接線Ｌｗ上をＰs1→Ｐs2→Ｐs3→Ｐs4→Ｐs5と順次移動する。特許文献２では、加工ヘッドの角度θは溶接線Ｌｗの各位置において溶接線Ｌｗの接線方向になるように制御される。したがって、レーザ照射位置がＰs1及びＰs2のときは溶接線Ｌｗが直線部分であるために、接線方向（θ＝270°）と溶接線Ｌｗが一致する。このために、レーザ照射位置Ｐｓ及びアーク狙い位置Ｐｎは共に溶接線Ｌｗ上に乗っている。次に、レーザ照射位置がＰs3のときは、溶接線Ｌｗが曲線部分（円弧部分）であるために、接線方向（θ＝２２５°）と溶接線Ｌｗとは一致しない。このために、レーザ照射位置Ｐｓは溶接線Ｌｗ上に乗るが、アーク狙い位置Ｐｎは溶接線Ｌｗからずれることになる。次に、レーザ照射位置がＰs4のときもＰs3のときと同様である。次に、レーザ照射位置がＰs5のときはＰs1及びＰs2と同様である。
【０００８】
上述した加工ヘッドの移動制御方法では、レーザ照射位置がＰs1、Ｐs2及びＰs5の位置ではアーク狙い位置Ｐn1、Ｐn2及びＰn5は溶接線Ｌｗ上に乗っている。しかし、レーザ照射位置がＰs3及びＰs4の位置では、アーク狙い位置Ｐn3及びＰn4は溶接線Ｌｗからずれてしまう。このずれはＰs2〜Ｐs4の範囲内の各位置によって異なる値となる。レーザ照射アーク溶接では４m/min超の非常に速い溶接速度で溶接を行うことができることが大きな特徴である。このような超高速溶接では、ビード幅の細い溶接ビードが形成されることが多い。このために、レーザ照射位置Ｐｓ及びアーク狙い位置Ｐｎが目標とする軌跡から少しでもずれるだけで健全なビードは形成されない。同図においては、レーザ照射位置Ｐｓ及びアーク狙い位置Ｐｎが溶接線Ｌｗ上を正確に移動することが目標の軌跡となる場合であるにもかかわらず、上述したように溶接線Ｌｗが曲線状になる部分ではアーク狙い位置Ｐｎが溶接線Ｌｗからずれてしまう。この結果、溶接品質が悪くなる。
【０００９】
ところで、加工ヘッドの移動制御方法としては、上記方法とは別の以下のような方法も使用されている。すなわち、Ｐs2及びＰs4の位置における加工ヘッドの角度θを予め教示し、両教示点の間はＰs2の加工ヘッドの角度θ＝０°からＰs4の加工ヘッドの角度θ＝１８０°へと順次変化させて補間する方法である。この場合でも、Ｐs2とＰs4の中間位置であるＰs3では加工ヘッドの角度θ＝２２５°となるために、結果的に上記方法と同様になる。曲線部分の教示点を非常に多くすれば上記のずれは小さくばるが、反面教示作業に非常に時間がかかり生産効率が低下する。上述した従来技術としては特許文献１、２等がある。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２１６９７２号公報
【特許文献２】特開２００２−１０３０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、従来技術のレーザ照射アーク溶接用加工ヘッドの移動制御方法では、溶接線が曲線状となる部分において基準位置ＴＣＰとなっていないアーク狙い位置Ｐｎが溶接線からずれて移動することになり、溶接品質が悪くなる。そこで、本発明では、溶接線が曲線状となる部分において基準位置ＴＣＰ及び基準位置ＴＣＰでない他方の位置（アーク狙い位置Ｐｎ又はレーザ照射位置Ｐｓ）の両方が、溶接線上からずれることなく正確に移動することができるレーザ照射アーク溶接用加工ヘッドの移動制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、ワーク上の先行位置にレーザを照射し後行位置にアークを発生させる１つの加工ヘッドをロボットのアームに取り付け、前記レーザの照射位置を基準位置としてこの基準位置が予め教示された曲線状の溶接線に沿うように前記加工ヘッドを移動させて溶接するレーザ照射アーク溶接用加工ヘッドの移動制御方法において、
前記基準位置である前記レーザの照射位置が常に溶接線上を移動するように前記加工ヘッドを移動させながら、かつ、前記アークの狙い位置が溶接線上の位置又は溶接線と略直交する線上の溶接線から所定距離だけ離れた位置になるように前記加工ヘッドの角度を刻々と変化させることを特徴とするレーザ照射アーク溶接用加工ヘッドの移動制御方法である。
【００１３】
また、第２の発明は、ワーク上の先行位置にレーザを照射し後行位置にアークを発生させる１つの加工ヘッドをロボットのアームに取り付け、前記アークの狙い位置を基準位置としてこの基準位置が予め教示された曲線状の溶接線に沿うように前記加工ヘッドを移動させて溶接するレーザ照射アーク溶接用加工ヘッドの移動制御方法において、
前記基準位置である前記アークの狙い位置が常に溶接線上を移動するように前記加工ヘッドを移動させながら、かつ、前記レーザの照射位置が溶接線上の位置又は溶接線と略直交する線上の溶接線から所定距離だけ離れた位置になるように前記加工ヘッドの角度を刻々と変化させることを特徴とするレーザ照射アーク溶接用加工ヘッドの移動制御方法である。
【発明の効果】
【００１４】
上記第１の発明によれば、溶接線が曲線状となる部分であっても、基準位置ＴＣＰである先行のレーザ照射位置Ｐｓが常に溶接線上を移動すると共に、加工ヘッドの角度θを刻々と変化させることによって後行のアーク狙い位置Ｐｎも溶接線上を移動する。また、溶接線を左右（直交方向）に所定距離だけスライドさせた第２溶接線Ｌw2を設けた場合には、上記のアーク狙い位置Ｐｎがこの第２溶接線Ｌw2上を移動するようにすることもできる。このために、ロボットへの教示時間を増加させることなく高品質なレーザ照射アーク溶接を行うことができる。
【００１５】
上記第２の発明によれば、溶接線が曲線状となる部分であっても、基準位置ＴＣＰである後行のアーク狙い位置Ｐｎが常に溶接線上を移動すると共に、加工ヘッドの角度θを刻々と変化させることによって先行のレーザ照射位置Ｐｓも溶接線上を移動する。また、溶接線を左右方向（直交方向）に所定距離だけスライドさせた第２溶接線Ｌw2を設けた場合には、上記のレーザ照射位置Ｐｓがこの第２溶接線Ｌw2上を移動するようにすることができる。このために、ロボットへの教示時間を増加させることなく高品質なレーザ照射アーク溶接を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザ照射アーク溶接用加工ヘッドの移動制御方法を示す図である。溶接装置の構成は上述した図９と同様であるが、ロボット制御装置１１によるロボット１０の動作制御が異なる。同図は、上述した図１２において基準位置ＴＣＰであるレーザ照射位置ＰｓがＰs3の位置にある場合を想定している。基準位置ＴＣＰである先行するレーザ照射位置Ｐｓが溶接線Ｌｗ上を移動するようにロボットは動作制御される。それに加えて、各位置において加工ヘッドの角度θを変化させてアーク狙い位置Ｐｎが溶接線Ｌｗ上に乗るようにする。
【００１８】
図２は加工ヘッドの角度θの演算方法を示すフローチャートである。同図はレーザ照射位置Ｐｓ＝（ｘｓ，ｙｓｎ）において角度θを演算する場合である。ステップＳＴ１に示すように、レーザ照射位置Ｐｓ＝（ｘｓ，ｙｓ）を中心として電極間距離Ｄを半径とする円Ｌｃの軌跡（ｘｃ，ｙｃ）を下式によって求める。
ｘｃ＝Ｄｃｏｓθ＋ｘｓ
ｙｃ＝Ｄｓｉｎθ＋ｙｓ
次にステップＳＴ２に示すように、上記の円Ｌｃと溶接線Ｌｗとの２つの交点Ｋ１、Ｋ２のうちで溶接方向に対して後行位置となる交点Ｋ２における角度θ＝θａ°を求める。そして、レーザ照射位置がＰｓ＝（ｘｓ，ｙｓ）の座標にあるときは、加工ヘッドの角度θをθａ°に制御すれば良い。
【００１９】
図３は、上述した加工ヘッドの移動制御方法を行ったときの各位置における加工ヘッドの動きを示す図である。同図は、上述した図１２と対応している。基準位置ＴＣＰであるレーザ照射位置Ｐｓは溶接線Ｌｗ上をＰs1〜Ｐs5へと移動する。これに伴って各位置において加工ヘッドの角度が演算されて、加工ヘッドは演算された角度θに制御される。例えば、レーザ照射位置がＰs3の位置のときは角度θ＝θaとなり、Ｐs4の位置のときは角度θ＝θbとなる。この結果、溶接線Ｌｗが曲線状となる部分においても、常にアーク狙い位置Ｐn1〜Ｐn5は溶接線Ｌｗ上を移動することになる。この場合、ロボットの教示は、従来と同様に基準位置ＴＣＰが溶接線Ｌｗに沿うようにすれば良く、教示作業に手間どることはない。
【００２０】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２に係る加工ヘッドの移動制御方法を示す図である。同図では、基準位置ＴＣＰであるレーザ照射位置Ｐｓが予め教示した溶接線Ｌｗ上を移動すると共に、アーク狙い位置Ｐｎが溶接線Ｌｗから左右方向（直交方向）に所定距離Ｅ［mm］だけスライドさせた第２溶接線Ｌw2上を移動する。このように溶接線を２つ設ける理由は、溶接継手、ワークの材質、溶接継手部のギャップ等によってはレーザ照射位置Ｐｓとアーク狙い位置Ｐｎとを同一溶接線Ｌｗ上ではなく所定距離だけ左右にスライドさせた方が溶接品質が良くなる場合がある。このような場合には、基本となる溶接線Ｌｗを教示し、そこからの左右へのスライド値を所定距離Ｅとして第２溶接線Ｌw2を演算で設定することができる。
【００２１】
この場合の加工ヘッドの移動制御方法は以下のようになる。すなわち、基準位置ＴＣＰであるレーザ照射位置Ｐｓが溶接線Ｌｗ上を移動するように加工ヘッドを移動制御する。それに加えて、各位置において加工ヘッドの角度θを変化させてアーク狙い位置Ｐｎが上記の第２溶接線Ｌw2上に乗るようにする。
【００２２】
図５は、実施の形態２に係る加工ヘッドの角度θの演算方法を示すフローチャートである。同図はレーザ照射位置Ｐｓ＝（ｘｓ，ｙｓｎ）において角度θを演算する場合である。ステップＳＴ１は上述した図２のステップＳＴ１と同様である。次にステップＳＴ２１に示すように、円Ｌｃと第２溶接線Ｌw2との２つの交点のうちで溶接方向に対して後行位置となる交点における角度θを求める。そして、レーザ照射位置がＰｓ＝（ｘｓ，ｙｓ）の座標にあるときは、加工ヘッドの角度θを上記演算値に制御すれば良い。
【００２３】
［実施の形態３］
上述した実施の形態１及び２では、先行するレーザ照射位置Ｐｓが基準位置ＴＣＰとなる場合を説明した。実施の形態３は、後行するアーク狙い位置Ｐｎを基準位置ＴＣＰとして移動制御する場合である。この場合の加工ヘッド５の角度θの定義を図６に示す。同図に示すように、アーク狙い位置Ｐｎを中心として加工ヘッド５は回転するので、同図（Ａ）のときは角度θ＝０°となる。また、同図（Ｂ）のときの角度θは２２５°となる。
【００２４】
図７は、実施の形態３に係る加工ヘッドの移動制御方法を示す図である。基準位置ＴＣＰである後行するアーク狙い位置Ｐｎが溶接線Ｌｗ上を移動するようにロボットは動作制御される。それに加えて、各位置において加工ヘッドの角度θを変化させてレーザ照射位置Ｐｓが溶接線Ｌｗ上に乗るようにする。
【００２５】
図８は、実施の形態３に係る加工ヘッドの角度θの演算方法を示すフローチャートである。アーク狙い位置Ｐｎ＝（ｘｎ，ｙｎ）において角度θを演算する場合である。ステップＳＴ１１に示すように、溶接狙い位置Ｐｎ＝（ｘｎ，ｙｎ）を中心として電極間距離Ｄを半径とする円Ｌｃの軌跡（ｘｃ，ｙｃ）を下式によって求める。
ｘｃ＝Ｄｃｏｓθ＋ｘｎ
ｙｃ＝Ｄｓｉｎθ＋ｙｎ
次にステップＳＴ２２に示すように、上記の円Ｌｃと溶接線Ｌｗとの２つの交点Ｋ１、Ｋ２のうちで溶接方向に対して先行位置となる交点Ｋ１における角度θ＝θｃ°を求める。そして、アーク狙い位置がＰｎ＝（ｘｎ，ｙｎ）の座標にあるときは加工ヘッドの角度θをθｃに制御すれば良い。
【００２６】
上記は、レーザ照射位置Ｐｓを溶接線に乗せる場合であるが、実施の形態２で上述したように、第２溶接線Ｌw2を設けてレーザ照射位置Ｐｓが上を移動するようにしても良い。また、本発明は、アーク溶接法が消耗電極式アーク溶接又は非消耗電極式アーク溶接のどちらの場合でも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る加工ヘッドの移動制御方法を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る加工ヘッドの角度θの演算方法を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１に係る移動制御方法を行ったときの加工ヘッドの動きを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る加工ヘッドの移動制御方法を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る加工ヘッドの角度θの演算方法を示す図である。
【図６】アーク狙い位置Ｐｎが基準位置ＴＣＰであるときの加工ヘッドの角度θの定義を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る加工ヘッドの移動制御方法を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る加工ヘッドの角度θの演算方法を示すフローチャートである。
【図９】レーザ照射アーク溶接方法装置の構成図である。
【図１０】従来の加工ヘッドの移動制御方法を示す図である。
【図１１】レーザ照射位置Ｐｓが基準位置ＴＣＰであるときの加工ヘッドの角度θの定義を示す図である。
【図１２】曲線状の溶接線上を従来の移動制御方法によって移動するときの加工ヘッドの動きを示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１、１ａ、１ｂ        ワーク
２            レーザ
３            電極
４            アーク
５            加工ヘッド
６            レーザトーチ
７            レーザ発振器
８            溶接トーチ
９            溶接電源
１０            ロボット
１１            ロボット制御装置
Ｄ            電極間距離
Ｅ            所定距離
Ｋ１            交点
Ｋ２            交点
Ｌｃ            円
Ｌｔ            溶接継手
Ｌｗ            溶接線
Ｌw2            第２溶接線
Ｐｎ            アーク狙い位置
Ｐｓ            レーザ照射位置
ＴＣＰ            基準位置
θ            角度
【図１】
2005177796.tif 000003
【図２】
2005177796.tif 000004
【図３】
2005177796.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005177796.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005177796.tif 000011
【図１０】
2005177796.tif 000012
【図１１】
2005177796.tif 000013
【図１２】
2005177796.tif 000014